土的物理性质和工程分类上课讲义.ppt
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1、第二章第二章 土的性质土的性质(xngzh)(xngzh)土土的的物物质质(wzh)组组成成固态矿物固态矿物(kungw)颗粒颗粒孔隙中的水孔隙中的水孔隙中的气体孔隙中的气体第一页,共72页。气相气相固相液相+构成构成(guchng)(guchng)土骨架,起土骨架,起决定作用决定作用重要重要(zhngyo)(zhngyo)影响影响土体次要次要(cyo)作作用用第二页,共72页。土土颗颗粒粒(kl)的的大大小小粒度粒度(l d):土颗粒的大小:土颗粒的大小(和矿物成分等因素有关)(和矿物成分等因素有关)粒径:和土颗粒体积相等粒径:和土颗粒体积相等(xingdng)的球体的直径。的球体的直径。粒
2、组粒组:将大小相近的土颗粒的粒将大小相近的土颗粒的粒径合并成组,称为粒组径合并成组,称为粒组第三页,共72页。问题:以下问题:以下(yxi)两种土,哪种土的工两种土,哪种土的工程地质特性较好?程地质特性较好?A、粒径基本一样的土、粒径基本一样的土B、粒径有大有小的土、粒径有大有小的土第四页,共72页。级配:土样中各粒组的干级配:土样中各粒组的干土质量土质量(zhling)占土颗占土颗粒总质量粒总质量(zhling)的百的百分数分数土的名称土的名称粒组的含量粒组的含量砾砂砾砂粒径粒径2mm颗粒含量占全重颗粒含量占全重25%50%粗砂粗砂粒径粒径0.5mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%中砂
3、中砂粒径粒径0.25mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%粉砂粉砂粒径粒径0.075mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%建筑建筑(jinzh)地基基础设计规范中对砂地基基础设计规范中对砂土的划分土的划分第五页,共72页。测测定定级级配配的的试试验验(shyn)方方法法筛分筛分(shi fn)(shi fn)法:法:适用于粒径大于适用于粒径大于0.075mm0.075mm粗粒组。粗粒组。沉降沉降(chnjing)(chnjing)分析分析法:适用于粒径小于法:适用于粒径小于等于等于0.075mm0.075mm细粒组。细粒组。第六页,共72页。7筛分筛分(shi(shi fn)fn)法法
4、用一套孔径不同的筛子,按从上至用一套孔径不同的筛子,按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干质量的烘干(hn n)(hn n)土样过土样过筛,称出留在各筛上的土质量,然筛,称出留在各筛上的土质量,然后计算其占总土粒质量的百分数后计算其占总土粒质量的百分数 第七页,共72页。8沉降沉降(chnjing)分析分析法:法:第八页,共72页。第九页,共72页。d10d10小于某粒径的土颗粒的质量小于某粒径的土颗粒的质量(zhling)(zhling)占土样总质量占土样总质量(zhling)(zhling)的的10%10%,该粒径称为,该粒径称为d10d10或有效粒
5、径。或有效粒径。例:全班有例:全班有7070人,按成绩排名次,那么类人,按成绩排名次,那么类比比(lib)(lib)于土力学中的有效粒径,全班于土力学中的有效粒径,全班名次的名次的d10d10,应该是(,应该是()A A、第、第8 8名名 B B、第、第7 7名名C C、第、第6363名名 D D、第、第6262名名第十页,共72页。d30d30小于某粒径的土颗粒的质量占小于某粒径的土颗粒的质量占土样总质量的土样总质量的30%30%,该粒径称为,该粒径称为(chn wi)d30(chn wi)d30或连续粒径。或连续粒径。d60d60小于某粒径的土颗粒小于某粒径的土颗粒(kl)(kl)的的质量
6、占土样总质量的质量占土样总质量的60%60%,该粒径称,该粒径称为为d60d60或限制粒径。或限制粒径。例:某组有例:某组有1010人,按成绩排名次,那么类人,按成绩排名次,那么类比比(lib)(lib)于土力学中的连续粒径和限制于土力学中的连续粒径和限制粒径,全组名次的粒径,全组名次的d30d30,应该是(,应该是()全组名次的)全组名次的d60d60,应该是(,应该是()第十一页,共72页。第十二页,共72页。工工程程(gngchng)中中衡衡量量级级配配的的指指标标不均匀系数:不均匀系数:曲率系数:曲率系数:CuCu反映反映(fnyng)(fnyng)了土的粒径变化了土的粒径变化范围的大
7、小,范围的大小,CuCu越大粒径变化范围越大粒径变化范围越大,累计曲线越平缓。越大,累计曲线越平缓。CcCc反映了介于反映了介于d60d60与与d10d10之间的中间之间的中间粒径的含量粒径的含量(hnling)(hnling)情况,情况,CcCc越越大累计曲线的曲率越大。大累计曲线的曲率越大。第十三页,共72页。工程工程(gngchng)(gngchng)中若能同时满足:中若能同时满足:Cu5Cu5,且,且1Cc31Cc3的土,属于级配的土,属于级配良好的土。良好的土。例:确定例:确定(qudng(qudng)a)a、b b两两种土级配种土级配的好坏的好坏第十四页,共72页。【例】下图为某三
8、种砂土A、B的颗粒(kl)级配曲线,试按地基规范分类法确定三种土的名称 图见下页土的名称土的名称粒组的含量粒组的含量砾砂砾砂粒径粒径2mm颗粒含量占全重颗粒含量占全重25%50%粗砂粗砂粒径粒径0.5mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%中砂中砂粒径粒径0.25mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%粉砂粉砂粒径粒径0.075mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%第十五页,共72页。A土:从A土级配曲线(qxin)查得,粒径小于2mm的占总土质量的67%,粒径大于2mm的占总土质量的33%,满足粒径大于2mm占总土质量25%50%的要求,故此土应命名为砾砂 第十六页,共72页。B土:
9、粒径小于0.075mm占总土质量(zhling)的42%,粒径大于0.075mm占总质量(zhling)的58%此土应命名为粉砂 第十七页,共72页。土土中中的的矿矿物物(kungw)原原生生矿矿物物(yunshng-kungw)次次生生矿矿物物(c shn kun w)在岩石风化过程中,发生在岩石风化过程中,发生物理变化物理变化保持了母岩保持了母岩的矿物成分和晶体结构的矿物成分和晶体结构如:石英、长石、云母、如:石英、长石、云母、角闪石等角闪石等在岩石风化过程中,发生在岩石风化过程中,发生化学变化,化学变化,而进一步而进一步形成的产物形成的产物第十八页,共72页。次生矿物的主要代表次生矿物的
10、主要代表(dibio)是是黏土矿物黏土矿物黏黏土土(nint)矿矿物物高岭石:亲水性差高岭石:亲水性差蒙脱石:亲水性强,是钻蒙脱石:亲水性强,是钻孔用泥浆孔用泥浆(njing)(njing)的主要的主要成分。成分。伊利石:亲水性适中伊利石:亲水性适中第十九页,共72页。土土中中的的水水结结合合(jih)水水非非结结合合(jih)水水强结合强结合(jih)水水弱结合水弱结合水重力水重力水毛细水毛细水试试验验可可测测第二十页,共72页。结合水:受分子引力、静结合水:受分子引力、静电引力吸附于土颗粒电引力吸附于土颗粒(kl)表面的水。表面的水。双电双电层理论层理论黏土颗粒黏土颗粒(kl)带带负电负电
11、 强结合水,靠近土粒表面,和土粒强结合水,靠近土粒表面,和土粒表面的黏结很牢固,接近于固体表面的黏结很牢固,接近于固体 弱结合水,距离土弱结合水,距离土颗粒表面较远,电分颗粒表面较远,电分子力对他作用较小,子力对他作用较小,弱结合水的存在使土弱结合水的存在使土具有塑性、黏性并影具有塑性、黏性并影响土的压缩性和强度响土的压缩性和强度第二十一页,共72页。毛细水:水会因为毛细力作用,沿着毛细水:水会因为毛细力作用,沿着(yn zhe)土颗粒之间形成的缝隙移动。土颗粒之间形成的缝隙移动。毛细水上升对地基毛细水上升对地基(dj)(dj)、基、基础的影响见课本础的影响见课本P11P11第二十二页,共72
12、页。土土中中的的气气体体(qt)封封闭闭(fngb)气气体体游游离离(yul)气气体体会降低土的透水性和使土不会降低土的透水性和使土不易压实,在长期压力作用下易压实,在长期压力作用下会有很大的内压力,会冲破会有很大的内压力,会冲破土层造成意外沉陷土层造成意外沉陷和大气相通,在受力时,和大气相通,在受力时,气体能很快从孔隙中逸出,气体能很快从孔隙中逸出,一般不影响土的性质。一般不影响土的性质。第二十三页,共72页。土土的的物物质质(wzh)组组成成固态矿物固态矿物(kungw)颗粒颗粒孔隙孔隙(kngx)中中的水的水孔隙中的气体孔隙中的气体WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwm
13、sm三三相相比比例例示示意意图图第二十四页,共72页。土土的的基基本本(jbn)物物理理指指标标土的密度:土的密度:单位单位(dnwi)体积体积土的质量土的质量土颗粒的相对土颗粒的相对(xingdu)密度:密度:土颗粒在温度为土颗粒在温度为105110时时烘至恒量的质量和同体积烘至恒量的质量和同体积4的的纯水质量之比纯水质量之比含水量:含水量:土中水的质量和土颗粒的质量之比土中水的质量和土颗粒的质量之比第二十五页,共72页。土的密度土的密度(md)(density)土的容重土的容重(重度重度)=g用于计算用于计算(j sun)土的自土的自重应力重应力单位单位(dnwi):kg/m3 或或 g/
14、cm3单位单位:kN/m3 一般范围一般范围:1.602.20 g/cm3定义定义:土单位体积的质量土单位体积的质量表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积第二十六页,共72页。土粒相对土粒相对(xingdu)密度密度土粒比重土粒比重(bzhng)(bzhng)一般范围一般范围:见课本见课本P14P14土粒比重土粒比重(bzhng)在数在数值上等于土粒的密度值上等于土粒的密度定义定义:土的质量与同体积土的质量与同体积44时纯水的质量时纯水的质量之比(无量纲)之比(无量纲)表达式表达式:第二十七页,共72页。土的含水量土的含水量定义定义(dngy
15、):(dngy):土中水的质量与土粒质量土中水的质量与土粒质量之比之比,用百分数表示用百分数表示含水量能否含水量能否(nn fu)(nn fu)超过超超过超过过100100?表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm第二十八页,共72页。饱和饱和(boh)(boh)密度密度satsat与饱和与饱和(boh)(boh)容重容重sat sat 定定义义:土土中中孔孔隙隙完完全全被被水水充充满满,土土处处于于(chy)(chy)饱饱和和状状态态时时单单位位体体积积土土的的质质量量或或重量重量WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm第二十九页,共72
16、页。定定义义:单单位位(dnwi)体体积积内内土土粒粒质质量量与同体积水质量之差与同体积水质量之差浮密度浮密度 与浮容重与浮容重 第三十页,共72页。WaterSoilVwVsVmwmsm【例】某饱和土样经试验测得体积为100cm3,饱和土质量为187g,烘干(hn n)后干土质量为167g。求该土样的含水量、密度、重度、土粒相对密度ds,饱和密度sat,浮密度第三十一页,共72页。【例】某饱和土样经试验测得体积为100cm3,饱和土质量为187g,烘干后干土质量为167g。求该土样的含水量、密度(md)、重度、土粒相对密度(md)ds,饱和密度(md)sat,浮密度(md)WaterSoil
17、VwVsVmwmsm第三十二页,共72页。【例】某饱和土样经试验测得体积为100cm3,饱和土质量为187g,烘干后干土质量为167g。求该土样的含水量、密度(md)、重度、土粒相对密度(md)ds,饱和密度(md)sat,浮密度(md)WaterSoilVwVsVmwmsm饱和饱和(boh)密度:土饱和密度:土饱和(boh)时的时的密度密度第三十三页,共72页。【思考】某非饱和土样经试验测得体积为100cm3,饱和土质量为187g,烘干后干土质量为167g。求该土样的含水量、密度(md)、重度、土粒相对密度(md)ds,饱和密度(md)sat土颗粒土颗粒水水空气空气第三十四页,共72页。干密
18、度干密度(md)d(md)d定义:土中空隙完全被空气定义:土中空隙完全被空气(kngq)充满充满时的密度时的密度土的干密度是评价土密实程度的指标,土的干密度是评价土密实程度的指标,干密度重越大表明土越密实,反之越疏干密度重越大表明土越密实,反之越疏松。常用它来控制松。常用它来控制(kngzh)(kngzh)填土工程的填土工程的施工质量。施工质量。土的干密度是不是就是烘土的干密度是不是就是烘干以后土的密度?干密度干以后土的密度?干密度是不是在数值上和土颗粒是不是在数值上和土颗粒的相对密度相等?的相对密度相等?第三十五页,共72页。【例】推导公式:【例】推导公式:WaterAirSoilVaVwV
19、sVvVma=0mwmsm第三十六页,共72页。【例】已知某土样的体积为【例】已知某土样的体积为1000cm31000cm3,测得,测得湿土质量为湿土质量为1.95kg1.95kg,取质量为,取质量为17.48g17.48g的湿的湿土,烘干土,烘干(hn n)(hn n)后质量为后质量为15.03g15.03g,计,计算含水量和干密度。算含水量和干密度。第三十七页,共72页。土土中中的的孔孔隙隙含含量量(hnling)指指标标孔隙比:孔隙比:孔隙率:孔隙率:WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm第三十八页,共72页。WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwm
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